사물인터넷개인용휴대공기청정기제안 웨어러블액세서리형태와정보설계중심으로 주저자김지해 홍익대학교국제디자인전문대학원디지털미디어디자인전공 교신저자김승인 홍익대학교국제디자인전문대학원디지털미디어디자인전공 투고일 심사일 게재확정일
목차 서론 연구배경및목적 연구범위및방법 환경실태 오염물질의발생원인 실내오염원의유해성 간접흡연유해성 공기청정장치 개인위생보호구분류 공기청정기 제품평가분석 사물인터넷보급 사물인터넷개념 사물인터넷시장 사물인터넷공기청정기가능성 디자인제안 디자인방향 디자인전개 디자인구체화 결론참고문헌 논문요약 공기청정기 공기정화 공기질 사물인터넷 웨어러블 사물인터넷개인용휴대공기청정기주요가치는세가지로구분할수있다. 첫째, 휴대편리성이다. 공기청정기는공간크기, 거치장소가제한되어개인에게밀착된공기정화를제공하지못한다. 항시신체에착용하며활동에불편을주지않는웨어러블크기와형태는필연적이다. 둘째, 대기질상태정보에대한신뢰성이다. 실시간주변공기질을감지하는센서는대기질분석정보를알려주고앱을통해언제어디서나편리한공기관리뿐아니라사용자유형을진단하고맞춤행동안내를알려준다. 셋째, 착용감과감성적만족을주는매력성이다. 심미적만족을충족시키기위해서는내몸에맞는패션아이템으로활용하는것이큰의미가있으며, 실제제품이최적화되어가는과정에서그효과를얼마나유지할수있느냐에대한문제가가장중요한쟁점이될것이다. 본연구는향후미래형웨어러블휴대공기청정기에활용되어기능적, 형태적방향및활성화측면에서기초연구로서기여할것으로기대한다. 김지해, 김승인 I 사물인터넷개인용휴대공기청정기제안 87
서론 기 365Air 디자인을제안하였다. 연구배경및목적 본연구는사물인터넷 (IoT: Internet of Things) 으 로개인용휴대공기청정기제안을목적으로한 다. 급진화된산업화로대기환경오염은인간을 포함한모든생물에게위협적인존재가되어자 연환기마저어렵게했다. 하루약 81% 이상을 실내 ( 건물, 사무실, 집, 학교등 ) 에서생활하는현 대인 1) 들은새로운건축자재, 건물밀폐화, 다양 한생활용품증가로공기오염물질이방출되는 환경에지속해서노출된다. 이런요인들은천식 을비롯한알레르기비염등환경성질환증가로 이어졌고신종인플루엔자와같은공기감염질환 이꾸준히유행함에따라공기청정기는이러한 실내외공기오염문제해결의적절한대안이되 었다. 2000 년초반건강한라이프스타일을누리기위 해등장한헬스케어제품으로서기존공기청정기 는사용장소와거치공간이획일적이지않아제 품사용에만족을주지못했다. 이에다변하는 외부환경에건강을지원하고관리하는기능제 품에패션아이템화 2) 로개인의활동과복합적인 요구를충족시키는면에서이번개인공기청정기 연구는의의가있다고할수있다. 연구의범위및방법 본연구는개인용사물인터넷공기청정기의새로 운플랫폼을모색하며기능, 형태, 정보설계개발 제안에관한것이다. 연구과정은크게네단계로진행하였다. 1 단계 는문헌연구로대기환경실태를알아보았다. 2 단계는본논문의구체적인연구문제와평가방 법및평가설정, 분석결과를기술하였다국내 공기청정장치사례와공기청정기시장현황을 파악하고대표제품군을선택하여피터모빌의허 니콤모델의원칙으로개인공기청정기로서사용 자경험을비교성찰했다. 3 단계는사물인터넷에 대한정의와시장을통해공기청정기로서기능 가능성을서술했다. 4 단계는앞서발견된주요 가치중심으로문제해결을하고개인용공기청정 정재희 배귀남 트렌드코드 서울 한국디자인진흥원 환경실태 오염물질의발생원인 실내공기오염물질은실내에서발생하는것과 실외에서발생한오염물질이실내로유입하는것 두가지로구분한다. 실내공기질은건물구조, 환 기방법, 계절과주변환경에따라변화가크며, 일반적으로발생량은실내거주자활동, 생활습 관, 사무용품, 건축자재, 가구및오염된실외공 기의실내유입이주원인이다. 3) 건물에단열성 능을높이는시공, 새로운건축자재에서수많은 유해물질, 자연환기어려움은오염물질이실내에 누적되는현상으로이어지고있다. 주요실내공기오염물질발생원 오염물질먼지 중금속담배연기연소가스휘발성 유기화합물악취오존 실내오염원의유해성 주요발생원대기중먼지실내유입 생활활동중담배각종난로 연로연소 가스레인지등 페인트 접착제 세탁소 의복 방향제 왁스등 외부악취실내유입 음식물부채생활용품 복사기기 실내오염물질은사람들의호흡기와순환기에영 향을미친다. 휘발성유기화합물의일부물질은 발암성을내포하고있고실내공기에포함된합 성오염물질은적은양이지만수많은물질이복 합적으로발생하여항원에대한민감성을높이고 인체에치명적인해를입힐수있어예방이중요 시된다. 주요실내오염원이인체에미치는영향을도식화 하면 [Table 2] 와같다. 미세먼지 (particular matter, PM) 는심폐질환으로각종호흡기질환의 원인이되어몸의면역기능을떨어뜨린다. 공기 중부유물질 4) 은중금속이흡착되어순환하다가 먹이연쇄를따라사람에까지이동해온다. 급격 한산업화로발생하는가스상오염물질 5) 은호흡 곤란, 두통등증상을일으킨다. 오존은무색, 무 서울도시철도 호선 호선실내공기질 어떻게관리되나 서울 실내대기중의중금속입자가흡착 농축되어고농도의중금속을함유 일산화탄소 이산화탄소 이산화질소 아황산가스 이산화탄소 휘발성유기화합물 포름알데히드 라돈 악취 커뮤니케이션디자인학연구제 54 호 (2016.01) 88
비기체로냄새유발하는물질로실내사무용기구와최근공기청정기에서많은양의오존이발생되고농도가높아지면눈과목에따가움을느끼며호흡이힘들어지고두통, 기침등증세가나타난다. 6) 리와일체화된목도리형은패션아이템화되어착용부담감이있다. 개인위생보호구구분및장단점반면형삽입형목도리형 주요실내공기오염물질발생원및건강에미치는영향 오염물질 분류 인체영향 미세먼지 미세먼지 심폐질환 면역기능저하 극미세먼지 천식 호흡곤란 중금속 납 카드뮴 구리 성장부진과생식능력저하 철 망간인체부작용 가스상오염물질일산화탄소외 종만성폐질환 두통 중추신경영향 오존 눈과목따가움 호흡곤란 두통 기침 메스꺼움 간접흡연유해성 사람에의해발생하는담배연기는실내공기오염 원에하나이다. 김나영 (2009) 7) 은간접흡연의위해 성은흡연자와가깝고흡연량이많으며공간이 좁을수록크다고말한다. 집은대부분공기순환 이쉽게이루어지지않는폐쇄공간이라는점에서 부모와보내는시간이많은유아에흡연부모에 의한간접흡연을문제를제기했다. 실내흡연하 는경우호흡기계유병률이높아간접흡연으로부 터가족을보호하기위한노력이촉구된다. 구조호흡기덮는구조코속삽입구조목도리일체화성능신뢰크기다양패선아이템화장점선택다양화피부접촉최소화호흡곤란착용불편단점착용불편관리불편기능 성능불신 공기청정기사례 공기청정기시장공기청정기세계시장은 2014년을기준으로약 41 억달러 ( 약 4조 4000억원 ) 에이르는것으로추정된다. 국가별비중은일본 26%, 중국 22%, 미국 22%, 캐나다 10%, 한국 9%, 기타 ( 유럽 ) 11% 를보인다. 공기청정기시장규모전망 공기청정장치 개인위생보호구사례개인용장치로위생보호구 8) 는사용장소나등급에따라분류되고최근대기오염이악화함에따라방진마스크 9) 에대한수요가급증하고있다. 대중적인반면형인마스크는감기나연기, 먼지등의다양한용도와연령대를위한제품이있지만, 안경김서림이나피부밀착불편함과사용후관리에문제가있다. 콧구멍을막는코삽입형은피부접촉적고세척가능한경제성은좋으나착용시불편함과성능신뢰도가낮다. 목도 세계적으로볼때공기청정기보급률은유럽 (42%) 을제외한미국 27%. 일본과한국 17%, 중국 1% 미만으로아직도공기청정기시장은시작단계이지만중국의심각한스모그는시장성장에가장큰요인으로향후 5년동안훨씬더높은성장률을보일것으로기대되고있다. 10) 서명수 실내환경의개선을위한 제품디자인연구 가습기및공기청정기를중심으로 창원대학교대학원석사학위논문 김나영 호흡기계알레르기환아의환경요인노출실태 석사학위논문 경북대학교보건대학원 건강과안전을뒷받침하며유해요소로부터정도를줄이기위하여신체에착용하는장구 내부에필터가들어있어미세먼지 지름 이하 를차단 상위 대국의공기청정기시장전망 산업정보분석실 공기청정기 서울 김지해, 김승인 I 사물인터넷개인용휴대공기청정기제안 89
공기청정기방식별분류 공기청정기는 1970 년대이후건물에서에너지 절약과실내환경의개선이강조되면서급부상했 다. 공기청정기기술의핵심은필터시스템에있 으며각방식에따라다른원리가적용되고있고 최근에는복합식제품이나음이온발생기능광촉 매기술등다양한제품이많다. 정화방식에따른공기청정기의구분 종류 장점 단점 일반필터식 미세입자제거 주기적교체 유지관리 전기집진식 정화능력탁월집진기세청세척관리용이 주간격 반영구적사용 음이온방식 워터필터식 복합식 가격저렴 악취제거세균번식억제신체기능활발 적당한온도 습도유지미세먼지제거효율적 복합적효과보장광촉매로유해가스분해 공기청정기시장현황 오염물질제거효율성낮음소량오존발생탈취 유해가스제거력낮음물속세균번식복잡한설계 년내사용권장 국내공기청정기는초소형부터대형에이르기까 지다양한크기로디자인된제품이있으며, 기능 적으로먼지제거, 탈취, 세균박멸처럼본래기 능이외산소나음이온발생처럼정서적안정을 높여주는부수적기능이있다. 국내 38% 를점유하고있는코웨이 11) 듀얼파워는 최근안전성과경제성을고민하는소비자를위해 오염이감지될때에만작동되며스마트폰으로수 시로대기질정보를제공한다. 다양한기능과 제품성능이우위를보이지만거치공간을옮겨 야하는사용자에불편은해소하지못했다. 에어 비타카비타는음이온방식으로조용하고소형크 기에이동이자유로운제품이특징이다. 특히차 량내에서사용가능한카비타는집밖에서대기 질을관리하고싶은사용자들을만족하게했고 유지관리가간편한것이장점이나여전히밀폐된 공간이라는조건이있다. 다목적이동식공기정 화기인미니메이트는초소형에대량이온을발생 시켜정화하는원리로무소음에유지관리비가거 의없으나미세먼지를제거하지못하며심미적 만족도가낮다. [Table 5] 에서는최근공기청정기 박계현 는성능과기능적으로차이가적지만다양한생 활공간과수시로변하는대기질오염에제약없 이깨끗한공기를받고싶어하는소비자를만족 하게하고자이동성과휴대성이강화된소형제품 선전이두드러진다. 공기청정기능대표제품비교 크기 무게 코웨이 듀얼파워 에어비타 카비타 소형 웨인 미니메이트 설치스탠드형시거잭형목걸이형 필터자연정화복합형전자방전형방식플라즈마형 강력청정공기관리음이온발생기본황사맞춤세균제거포름알데히드제기능새집증후군악취제거거 부가기능 맞춤공기관리 음이온발생 유지관리 필터교체 무필터반영구 반영구 장점 다양한기능 소형과기능 항상착용가능 단점 무게이동불편 차량내고정형 먼지제거취약 제품평가분석 공기청정제품평가 개인공기청정기에대한사용자의요구는대표제 품을피터모빌 (Peter Morville) 의허니콤 (Honeycomb) 으로비교평가하고문제해결을했 다. 선정된제품은개인용공기정화용마스크와 가정용실내공기정화기, 이동식공기정화기로 상시유용성 (Useful), 휴대편리성 (Usable), 오염 알림발견성 (Findable), 대기질상태정보신뢰성 (Credible), 다양한상황사용접근성 (Accessible), 감성만족매력성 (Desirable) 을 5 점척도로비교 하였다. [Table 7] 을보면마스크와이온아이저가휴대성 이강점으로편리성에절대적우위를보이나디 자인적매력성와스마트한제품으로서는경쟁력 이낮았다. 실내공기정화기는다양한기능지원 에따른유용성과실내주변기기와어울리는폭 넓은디자인으로매력성이강점이나지정된위치 에서만사용해야하는문제로편리성과접근성에 취약했다. 커뮤니케이션디자인학연구제 54 호 (2016.01) 90
공기청정기능대표제품비교가정용마스크공기정화기 개인용 공기정화기 유용성 점 점 점 편리성 점 점 점 발견성 점 점 점 신뢰성 점 점 점 접근성 점 점 점 매력성 점 점 점 공기청정기능대표제품흐름도 사물인터넷보급 분석결과개인을위한제품의경우사용자가원하는장소와상황에서편리한사용과휴대성이좋으나대기질상태정보와제품형태에의한감성만족이낮았다. 대중화된실내용제품은트렌드에맞는기능과성능개선이뚜렷하나거치공간한계성으로편리성개선이필요했다. 본연구에서는개인용공기청정기의주요가치로편리성, 신뢰성, 매력성으로하여용도와대상모두를만족시키고자한다. 현재의공기청정제품시장은 [Fig. 2] 처럼기능확장성과대상에따라시장이분리되어있는데우측하단이기존제품과차별화되고사용자를만족하는새로운영역이라고할수있다. 박정희 (2004) 12) 연구에의하면공기정화기제품사용목적으로공기정화 (43.5%) 를최우선으로고려하는데소비자들이더욱더신뢰할수있는유익한기능을추가하여더욱제품에대한신뢰성을높여야한다고말한다. 그렇다면유익한사용성에있어공기오염을스스로감지하고대기질정보에신뢰할수있는공기청정기에가능성을사물인터넷에서살펴보자. 대기중유해물질은어떻게수시로확인가능할까? 공기청정기는지난 10여년동안기술발달과더불어하드웨어개발에집중했다. 끊임없이발생하는오염물질과변화하는환경에사용자개인이호흡기본권을보장받고관리하기위해공기청정기를사물인터넷으로제안한다. 개인사용자가감지한대기질정보는상태확인이외에도다른사용자와정보를공유하고제품사용자간누적된빅데이터분석으로활용되어개인은대기오염을예방하고기업은맞춤기능제품을개발하며공공기관은상습오염지역과주범을특별관리하는정책에활용할수있다. 사물인터넷개념 1999년 P&G사의케빈애쉬튼 (Kevin Ashton) 이 RFID 및기타센서를일상생활속사물에탑재함으로써사물인터넷이구축될것 이라고최초로언급하며사용되기시작했다 ( 정혁외, 2014). 일반적정의는확립되지못하고있는실정으로비슷한의미로혼용되어사용되기도하나종합해보면물리적또는가상의물체가연결되어사람의개입없이데이터와정보를교환하는네트워크인프라로정의내렸다. 13) Gordon Hui(2014) 14) 의연구에따르면, 고객의실시간적이고갑작스러운요구를충족시키기위해제품은무선통신으로지속적인업데이트와정보융합을하고제품에 박정희 공기청정기제품의구매결정속성에대한연구 고려대학교경영정보대학원 석사학위논문 김은아 사물인터넷서비스가치네트워크개발과적용에관한연구 헬스케어산업을중심으로 연세대학교대학원 석사학위논문 김지해, 김승인 I 사물인터넷개인용휴대공기청정기제안 91
새로운경험을창조하고서비스를가능하게하며가치를창출하고한번의제품판매로끝나는수입구조가아닌순환되는수입구조와개인맞춤형및제품사이의네트워크, 다른생태계파워가수입을올리는구조를이해함으로써가치를획득할수있다. 사물인터넷시장사물인터넷은기술융복합을통해전산업으로응용시장을확대중이고대표분야로헬스케어, 홈케어등이있다. 그중에헬스케어와환경을결합하여새로운트렌드가치에대응하는서비스를제안한다. 15) 기존공기청정기 (Physical Thing) 는센서 (Sensor) 를통해주변오염이감지하고사용자에게동작을유도하는특징을보였다. Fleisch et al.(2014) 의사물인터넷가치창출단계에서는연결성 (connectivity) 이확대되는데, 필요한정보를타기관에서불러오거나현재정보를종합관리정보센터로송출하며미시적접근성을확대하는변화를보인다. 다수의사용자와기관을통해얻는정보는분석 (analytics) 을통해새로운고객가치제공을위한서비스 (digital service) 로변화된다말한다. 았다. 서울시에서제공하는대기환경정보는최소반경 2km로내위치에맞는정보는받지못한다. 사물인터넷공기청정기기사용자를통해해당지역을감지되면타지역사용자는언제든정보를확인할수있고, 떨어져있는정보를모아내게필요한정보만한곳에서보여주는기능도가능하다. 대기질정보빅데이터화개인공기청정기사용자가매일생산하는대기질정보는저장되고분석되어관련산업 ( 환경, 의료, 제품, 건강, 레저, 외식등에응용될수있다. 본연구에서는개인의대기질빅데이터활용안을제안하다. 타지역사용자의대기질정보를통해상습대기오염지역을피해하거나외부모임을위한장소를검색할시대기질이오염되지않거나정화시설을갖춘장소를추천받는다. 대기질빅데이터는쾌적한장소를원하고건강을지키고싶은사람들에게결정하는중요한요인이된다. 디자인제안 디자인방향개인공기청정기의주요가치인편리성, 신뢰성, 매력성은다음과같이디자인콘셉트화됐다. 항상주변을감지하고 (sensorial), 정보연결 (seamless network) 로양질의정보를받고내몸에맞아 (close-fitting) 행동이자유롭고착용이편안하며대기질정보가수시로확인가능하며디자인감성을개선했다. 의사물인터넷가치창출단계 사물인터넷공기청정기가능성 개인맞춤사물인터넷공기청정기는현재위치따라정밀한정보와내게필요한정보만제공할수있다. 공기청정기를통해사용자는실시간적이고내게맞춘정보를원하는데, 현재정보들은미디어와스마트폰, 인터넷으로각각나누어져있어번거롭고다수를위한정보는내게불필요한경우가많 전황수 사물인터넷적용분야및향후추진방향 공기정화기디자인방향 커뮤니케이션디자인학연구제 54 호 (2016.01) 92
디자인전개 아이디어스케치현재사람들이착용하며사용하는디바이스들을호흡기와거리중심으로연구하였고, 30cm 이상떨어지면착용에형태는다양해지나호흡기를집중한성능에신뢰가떨어졌다. 호흡기에밀착되는 15cm 이내제품으로두손이자유로운목걸이형태로했다. 구조개인공기청정기는목걸이형태로호흡기에근접하며흡입구와배출구가특성상목걸이에양끝으로기능을분리했다. 패션아이템으로서링과막대를고리에걸어고정하며길이조절이가능하다. 다중사용을위해기존제품에내장된필터는사용자가커스터마이징 (customizing) 할수있도록개별화시켰다. 공기청정기사용행태 디자인구체화 렌더링기본형인목걸이형은막대부분에오염센서가오염물을감지하면흡입구에서주변공기를빨아들이고배출구에서정화된공기를내보내게된다. 목걸이형은장신구특징을살려사용자가원하는대로추가로레이어드하고강력필터, 알레르기용, 강력산소, 아로마기능등을선택할수있다. 목걸이형이착용하기어려운남성사용자를위한클립형을추가하였다. 아이디어스케치 기능공기청정기사용행태를통해공간과위치별주요기능분리를하였다. 실내에서는내장된센서가수시로공기관리를하고실외에서는외출시접하는오염물 ( 가스, 먼지, 연기 ) 과대인활동에불쾌감을주는각종냄새도수시로확인할수있도록한다. 종류 상 렌더링 중 링커스터마이징 하 김지해, 김승인 I 사물인터넷개인용휴대공기청정기제안 93
메뉴구조종합대기질정보는매일공기메뉴를통해날씨와종합먼지등을제공받고생활속각종냄새는에티켓메뉴에서스스로확인가능하다. 내주변메뉴는 365Air 기사용자들에정보를토대로내게필요한정보를모아서제공한다. 마이메뉴는알레르기, 천식등개인건강이력을기록하면대기환경에따라맞춤행동안내를해준다. 와이어프레임 메뉴구조 스크린디자인 와이어프레임 어플리케이션스크린디자인 사용자시나리오 365Air의사용자시나리오는세가지로구분한다. [Fig. 11] 를보면사용자는매일아침대기질정보와내게맞는행동안내를앱으로제공받는다. [Fig. 12] 은요리조리과정에서실내공기오염이발생하여착용중인제품에서알람이뜨고사용자는휴대폰에서실시간상세모니터링을하여공기관리를한다. [Fig. 13] 는친목모임장소검색중인사용자가앱을통해공기질빅데이터를유 커뮤니케이션디자인학연구제 54 호 (2016.01) 94
기적정보분석으로쾌적한장소를추천받는다. 아래 3가지시나리오를바탕으로 365Air 은다음과같은효과를기대할수있다. 첫째, 실외에서사용할수있다. 둘째, 패션아이템이다. 셋째, 기능의커스터마이징이가능하다. 넷째, 정밀한대기질정보를알수있다. 마지막으로대기질빅데이터화가가능하다. 사용자시나리오 결론 사용자시나리오 본연구는환경문제의문제점과사용자의편의성과매력성의문제점대안으로서이동과행동에불편을주지않는패션아이템으로휴대편리성을높이고대기중유해물질을수시로확인가능한디자인방향을제시했다. 신체화된공기청정기를디자인에접목하기위해익숙한사물이적합하다고판단했으며소형화된제품특성상정보표시제약을사물인터넷으로지능화시켰다. 내주변공기를스스로감지하고스마트기기에서관련정보를확인하며타지역사용자의대기질빅데이터를공유하며건강을지켜가기를바란다. 또한, 대기환경은빠르게변하고있어공기정화기기소형화연구개발이요구되고패션아이템으로확장은향후다양한기호대응을간과해서는안되겠다. 참고문헌 이진우. (2008). 사용자맞춤모듈화방식의공기청정기디자인개발연구. 한양대학교산업환경디자인대학원석사학위논문. 김나영. (2009). 호흡기계알레르기환아의환경요인노출실태. 경북대학교보건대학원석사학위논문. 사용자시나리오 김지해, 김승인 I 사물인터넷개인용휴대공기청정기제안 95
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